안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
촉매가 반응 평형 위치나 평형 상수를 바꾸지 못하고 속도만 빠르게 만드는 이유는 촉매가 전이 상태의 에너지 높이만 낮출 뿐 반응물과 생성물의 고유한 에너지 상태는 변화시키지 않기 때문입니다.
화학 반응에서 반응물이 전이 상태를 거쳐 생성물이 되듯, 역반응 역시 동일한 전이 상태를 거쳐 반응물로 돌아갑니다. 촉매는 반응 경로를 변경하여 이 전이 상태의 에너지를 특정 값만큼 낮춰줍니다. 이로 인해 정반응 활성화 에너지와 역반응 활성화 에너지가 정확히 동일한 크기만큼 동시에 감소하게 됩니다.
아레니우스 식에 따르면 활성화 에너지가 감소함에 따라 정반응 속도 상수와 역반응 속도 상수는 동일한 비율로 증가합니다. 평형 상수는 정반응 속도 상수를 역반응 속도 상수로 나눈 값이므로, 두 속도 상수가 같은 비율로 커지면 그 비인 평형 상수 값은 일정하게 유지됩니다.
열역학적으로도 평형 상수를 결정하는 깁스 자유 에너지 변화량은 출발점과 도착점의 상태만으로 결정되는 상태 함수입니다. 촉매는 반응물의 초기 상태와 생성물의 최종 상태를 바꾸지 못하므로 깁스 자유 에너지 변화량과 평형 상수에 영향을 주지 않으며, 단지 동적 평형에 도달하는 시간만 단축시킵니다.